Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
6. Taylor II. F. V., The Chemistry of Cements, RIC Monograph, No 2, Royal Institute of Chemistry, London, 1966.
7. Taylor H. F. W., Modem chemistry of cements, Chem. and Ind., 1981, 620 (1981).
Дополнительная литература. Будников П. П. Химия и технология строительных материалов и керамики. — М.: Стройиздат, 1965; Бутт Ю. М„ Раш-кович Л. Ii. Твердение вяжущих веществ при повышенных температурах,— М.: Стройиздат, 1965; Бутт 10. М., Тимашев В. В. Портландцемеитиый клинкер.— М.: Стройиздат, 1967; Куприянов В. П. Технология производства силикатных изделий. — М.: Высшая школа, 1975; Мчедлов-Петросян О. П. Химия неорганических строительных материалов. — М.: Стройиздат, 1971; Пащенко А. А., Сербии В. П., Страчевская Е. А. Вяжущие материалы./Под ред.. Пащенко А. А. — Киев: Вища школа, 1985.
Глава 20
ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Огнеупоры — это материалы, характеризующиеся высокой прочностью, механической стабильностью и химической инертностью при температурах ^1400°С. Их применение имеет первостепенное значение для многих технологий, например в производстве чугуна и стали, стекла, цемента и т. п., где из огнеупорных материалов выполнена футеровка печей. Многие из современных производств были бы невозможны по крайней мере в том виде, в котором они существуют сегодня, если нельзя было обеспечить эту инертную футеровку.
Огнеупоры обычно мало интересуют химиков, поскольку они заметно отличаются от типичных химикатов. Из-за их особых свойств — химической инертности и высоких температур плавления —- считается, что исследование этих материалов не входит в задачи химической науки. На самом деле, конечно, такое мнение ошибочно. Для описания свойств огнеупоров необходимо располагать сведениями о природе химической связи, фазовых равновесиях, кинетике протекающих процессов и поверхностном натяжении в этих веществах.
В настоящей главе рассмотрены некоторые общие вопросы получения и свойств огнеупоров, а также примеры конкретных огнеупорных материалов.
20.1. Микроструктура или текстура
Огнеупорные материалы представляют собой поликристаллические твердые вещества, которые содержат одну или несколько кристаллических фаз, а также весьма часто жидкую или стеклообразную фазу. Физические свойства этих материалов, например прочность, зависят от размеров и формы отдельных кристаллов, природы связи между ними, способа распределения присутствующей жидкой фазы. Совокупность этих характери
20.2. Размеры зерен и их рост
255
стик называют текстурой или микроструктурой огнеупорного материала.
Основными методами исследования текстуры являются оптическая микроскопия и сканирующая электронная микроскопия (разд. 3.2.2). Микроскопические исследования, как правило, проводят на шлифах. Для приготовления шлифа делают срез или скол огнеупорного материала, поверхность которого полируют до тех пор, пока она не становится гладкой. Затем производят травление поверхности соответствующим реактивом, который либо преимущественно взаимодействует с некоторыми из фаз, входящими в состав огнеупора, либо разрушает границы между фазами. В результате текстура материала становится как бы «рельефной» и все ее особенности размером более —1 мкм (10м А) можно легко различить под оптическим микроскопом. Имея определенный опыт и навыки, можно путем беглого визуального наблюдения провести определение присутствующих фаз, а также оценить размеры частиц, объемное содержание каждой из фаз, степень пористости структуры, влияние имеющейся жидкой фазы на текстуру.
Аналогичную информацию можно получить методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Благодаря гораздо большей разрешающей способности методом СЭМ удается установить также ряд дополнительных характеристик материала. Например, этим методом можно исследовать грубую поверхность скола, не заботясь о возможности разрушения образца или некоторых «искусственных эффектах», которые могут возникнуть при его полировании. Если электронный микроскоп снабжен приставкой для проведения микроанализа, с его помощью можно изучать и химический состав отдельных кристаллов или областей образца. Если такая приставка отсутствует, шлиф материала можно дополнительно исследовать с помощью эле ктрони ого м икр о а нал из атор а.
20.2. Размеры зерен и их рост
При нагревании поликристаллического материала до высоких температур средний размер кристаллитов постепенно увеличивается. Небольшие кристаллиты и зерна исчезают, а большие растут. Движущая сила процесса роста зерен возникает вследствие того, что поверхность твердого тела, состоящего из нескольких больших зерен, меньше поверхности тела той же массы, в состав которого входит большое число мелких зерен. Рост зерен — важный фактор уменьшения пористости огнеупорных материалов или полного удаления пор. Размеры зерен (гранулометрический состав образца) влияют на такие свойства огнеупоров, как прочность.
256
20. Огнеупорные материалы
20.3. Спекание
Спекание — общее название процесса уплотнения поликристаллических веществ. Иногда спекание ведут в присутствии жидкой фазы, которая облегчает перенос вещества в образце. Для облегчения спекания исходная смесь должна представлять собой мелкодисперсный порошок желательно в спрессованном виде. Само спекание проводят при нагревании вблизи или чуть ниже температуры солидуса. Иногда температура обработки несколько превышает температуру солидуса, в этом случае происходит частичное плавление образца. Наличие жидкой фазы способствует переносу вещества из одного зерна в другое. На первой стадии спекания при температурах ниже температуры солидуса происходит увеличение поверхности контакта между отдельными частицами. Образуются «перешейки» между зернами, которые становятся все шире. Это приводит как бы к стягиванию кристаллитов и увеличению плотности. По мере ¦спекания с ростом температуры сжатие образца продолжается, промежутки между частицами становятся все меньше, связи между порами нарушаются. Если при росте зерен поры сужают-
